(57)【要約】【課題】平滑性を保った状態で単結晶インゴットを比較的正確に切断するとともに、その切断に使用するブレードの寿命を向上する。【解決手段】周回駆動するブレードの直線移動する部分１８ａの下方にそれと直交させて単結晶インゴット１０ａを配置し、そのブレードの直線移動する部分によりインゴットを切断する。インゴットを切断した後のインゴットの切断面１０ｂの最上端と最下端の軸線方向の変位量Ａを検出し、ブレードの直線移動する部分を含む仮想切断面１０ｃがインゴットの切断面と逆方向に傾きかつ仮想切断面とインゴットが交叉する最上端と最下端のインゴットの軸線方向の変位量Ｂがインゴットの切断面の最上端と最下端のインゴットの軸線方向の変位量Ａと同一になるようにブレードの直線移動する部分の傾きを補正し、傾きが補正されたブレードの直線移動する部分により更にインゴットの切断を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの鉛直軸(17a,17a)をそれぞれ回転中心として所定の間隔をあけて設けられた一対のプーリー(17,17)にベルト状のブレード(18)が張設され、前記プーリー(17,17)の回転により周回駆動する前記ブレードの直線移動する部分(18a)の下方に単結晶インゴット(10a)が前記ブレードの直線移動する部分(18a)と前記インゴット(10a)の軸線が直交するように配置され、前記一対のプーリー(17,17)を鉛直方向に下降させて前記ブレードの直線移動する部分(18a)により前記インゴット(10a)を切断する単結晶インゴットの切断方法において、
前記インゴット(10a)を切断した後の前記インゴット(10a)の切断面(10b)の最上端と最下端の前記インゴット(10a)の軸線方向の変位量(A)を検出し、
前記変位量(A)に基づいて前記インゴット(10a)を切断するときに前記ブレードの直線移動する部分(18a)を含む仮想切断面(10c)が前記インゴット(10a)の切断面(10b)と逆方向に傾きかつ前記仮想切断面(10c)と前記インゴット(10a)が交叉する最上端と最下端の前記インゴット(10a)の軸線方向の変位量(B)が前記インゴット(10a)の切断面(10b)の最上端と最下端の前記インゴットの軸線方向の変位量(A)と同一になるように前記ブレードの直線移動する部分(18a)の傾きを補正し、
傾きが補正された前記ブレードの直線移動する部分(18a)により更にインゴット(10a)の切断を行う
ことを特徴とする単結晶インゴットの切断方法。
【請求項２】
ブレードの直線移動する部分(18a)の両端に前記ブレード(18)の厚みより大きい間隔をあけて対向する一対の対向部材(22,22)がそれぞれ設けられ、前記一対の対向部材(22,22)の各対向面に設けたノズル孔(22a,22a)から前記ブレードの直線移動する部分(18a)の両側面に液体を噴出することにより前記ブレードの直線移動する部分(18a)の傾きを補正する請求項１記載の単結晶インゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周回駆動するブレードの直線移動する部分により単結晶インゴットを切断する単結晶インゴットの切断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウェーハの素材である棒状の単結晶インゴットは、現在、直径８センチ以下のものが主にＣＺ法により製造されている。このＣＺ法により製造された棒状の単結晶インゴットは、ウェーハの切り出しに先立ち、トップ部およびテール部が切断除去され、更にボディ部が幾つかに分割切断されるとともに、そのボディ部からウェーハのサンプルが採取される。この棒状の単結晶インゴットのトップ・テール除去切断、ボディ分割切断及びウェーハサンプル取りには、バンドソーと呼ばれる切断装置が使用されている。このバンドソー型の切断装置は、２つの鉛直軸をそれぞれ回転中心として所定の間隔をあけて一対のプーリーが設けられ、その一対のプーリーにベルト状のブレードが張設される。このブレードは無端のベルトの下縁に切断のためのダイヤを電着してなり、このブレードは一方のプーリーの回転駆動により高速で周囲運動を行うように構成される。
一方、プーリー間のブレードの直線移動する部分の両側部にはブレードの直線移動する部分の振れ止めを兼ねるブレード固定具が設けられる。各固定具はブレードをカーボンのシューにより両面側から挟み、ブレードを切断方向に対して平行な姿勢に接触保持するように構成される。そして、ブレードの直線移動する部分の下方にそのブレードの直線移動する部分と直交するように単結晶インゴットを配置し、ブレードを周囲運動させた状態で一対のプーリーを鉛直方向に下降させてブレードの直線移動する部分により単結晶インゴットを切断するようになっている。
【０００３】
ここで、シリコンウェーハおよびその素材である棒状の単結晶インゴットは、半導体ディバイスの価格低減のために大径化によるコストダウンが図られ、現在は１２インチまでその大径化が進んでいる。１２インチというような大径の棒状の単結晶インゴットの切断においてバンドソー型の切断装置を用いると、エンドレスベルト状のブレードを長くしてブレードの直線移動する部分の長さを長くする必要がある。しかし、ブレードの直線移動する部分の長さを長くするとその部分においてブレードが振れやすくなり、ブレードの振動による切断精度の低下が予測される。
この点を解消するために、ブレード固定具にブレードの直線移動する部分が振れて側面方向に湾曲した場合にその湾曲の程度を検出する検知体を設け、ブレード固定具から液体をそのブレードの両側面に噴射可能に構成し、検知体からブレードの湾曲が検出された場合に湾曲の突出方向からブレードの側面に液体を噴射してそのブレードを湾曲の没入側に押し戻す単結晶インゴットの切断方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この切断方法では、ブレードの振れが常に補正され、単結晶インゴットを比較的正確に切断することができるものとしている。
【特許文献１】特許第２７２７４２１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ブレードは電着されたダイヤが切断を繰り返す内にその一部が順次ベルトから剥離して自浄される。従って、ブレードの自浄作用によりダイヤの付き方に変化が生じるとブレードの切りやすい方向が変化する。このためその切れやすい方向に湾曲したブレードの側面に液体を噴射し、本来的に切れやすい方向に逆らってブレードを湾曲方向の没入側に強制的に押しやることは困難であり、安定した切断が困難であった。また実際の切断中にブレードの側面に吹き付ける水圧を変化させるとその切断面が階段状になり、切断面の平滑性が劣る不具合もあった。更に、そのブレードが切断する方向に直交する方向から水圧を加えることになるためそのブレードの張力が増加し、その張力の増加に起因してブレードの寿命が短縮される問題点もあった。
本発明の目的は、平滑性を保った状態で単結晶インゴットを比較的正確に切断するとともに、その切断に使用するブレードの寿命を向上し得る単結晶インゴットの切断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図２に示すように、２つの鉛直軸１７ａ，１７ａをそれぞれ回転中心として所定の間隔をあけて設けられた一対のプーリー１７，１７にベルト状のブレード１８が張設され、プーリー１７，１７の回転により周回駆動するブレードの直線移動する部分１８ａの下方に単結晶インゴット１０ａがブレードの直線移動する部分１８ａとインゴット１０ａの軸線が直交するように配置され、一対のプーリー１７，１７を鉛直方向に下降させてブレードの直線移動する部分１８ａによりインゴット１０ａを切断する単結晶インゴットの切断方法の改良である。
【０００６】
その特徴ある点は、図１に示すように、インゴット１０ａを切断した後のインゴット１０ａの切断面１０ｂの最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ａを検出し、その変位量Ａに基づいてインゴット１０ａを切断するときにブレードの直線移動する部分１８ａを含む仮想切断面１０ｃがインゴット１０ａの切断面１０ｂと逆方向に傾きかつ仮想切断面１０ｃとインゴット１０ａが交叉する最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ｂがインゴット１０ａの切断面１０ｂの最上端と最下端のインゴットの軸線方向の変位量Ａと同一になるようにブレードの直線移動する部分１８ａの傾きを補正し、傾きが補正されたブレードの直線移動する部分１８ａにより更にインゴット１０ａの切断を行うところにある。
【０００７】
この請求項１に記載された単結晶インゴットの切断方法では、ブレード１８の切りやすい方向が変化していたとしても、その変化と逆方向にその変化とほぼ等しい角度でブレード１８の直線移動する部分１８ａを傾けるので、インゴット１０ａを比較的鉛直に切断することができる。また、ブレード１８の傾きを補正した後、切断中にブレード１８の側面に吹き付ける水圧を変化させることをしないので、インゴット１０ａの切断面１０ｂが階段状になるようなことはない。更に、ブレード１８の傾きを補正するだけでブレード１８を湾曲させるようなことをしないため、ブレード１８の張力が増加するようなことはなく、その張力の増加に起因してブレード１８の寿命が短縮されるようなこともない。
なお、この明細書において「仮想切断面」とは、ブレードの直線移動する部分１８ａを含む面とインゴット１０ａが交叉することにより表される仮想の面であって、ブレードの直線移動する部分１８ａがその面に沿って移動して単結晶インゴット１０ａを切断したならば得られたであろう仮想の切断面をいうものとする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図３に示すように、ブレードの直線移動する部分１８ａの両端にブレード１８の厚みより大きい間隔をあけて対向する一対の対向部材２２，２２がそれぞれ設けられ、一対の対向部材２２，２２の各対向面に設けたノズル孔２２ａ，２２ａからブレードの直線移動する部分１８ａの両側面に液体を噴出することによりブレードの直線移動する部分１８ａの傾きを補正することを特徴とする。
この請求項２に記載された単結晶インゴットの切断方法では、一対の対向部材２２，２２から噴射される液体によりブレードの直線移動する部分１８ａの傾きを補正するので、その噴射される液体の圧力を調整することによりブレードの直線移動する部分１８ａの傾きを比較的容易に調整することができる。また、ブレード１８と対向部材２２，２２との接触を防止して両者の使用寿命を伸ばすことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の単結晶インゴットの切断方法では、インゴットを切断した後の切断面の最上端と最下端のインゴットの軸線方向の変位量を検出し、ブレードの直線移動する部分を含む仮想切断面がその切断面と逆方向に傾きかつ仮想切断面とインゴットが交叉する最上端と最下端のインゴットの軸線方向の変位量がインゴットの切断面の最上端と最下端のインゴットの軸線方向の変位量と同一になるようにブレードの直線移動する部分の傾きを補正し、傾きが補正されたブレードの直線移動する部分により更にインゴットの切断を行うので、ブレードの切りやすい方向が変化していたとしても、その変化と逆方向にその変化とほぼ等しい角度でブレードの直線移動する部分を傾けることになり、インゴットを比較的鉛直に切断することができる。
【００１０】
また、ブレードの直線移動する部分の両端に一対の対向部材を設け、両方の対向部材の各対向面に設けたノズル孔からブレードの直線移動する部分の両側面に液体を噴出することによりブレードの直線移動する部分の傾きを補正するようにすれば、その噴射される液体の圧力を調整することによりブレードの直線移動する部分の傾きを比較的容易に調整することができる。また、ブレードの傾きを補正した後、切断中にブレードの側面に吹き付ける液体の圧力を変化させることをしないので、インゴットの切断面が階段状になるようなことを防止することができる。更に、ブレードの傾きを補正するだけでブレードを湾曲させるようなことをしないため、ブレードの張力が増加するようなことはなく、その張力の増加に起因してブレードの寿命が短縮されるようなことも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図７及び図８に本発明の切断方法に使用する切断装置１０を示す。この切断装置１０は、インゴット１０ａを水平に支持する架台１１と、この架台１１の前部にこの架台１１を跨ぐように設けられた門型フレーム１２とを有する。架台１１上には、インゴット１０ａを前後進可能にテーブル１３が設けられ、テーブル１３の上には、インゴット１０ａを支持する受け台１４が設けられ、受け台１４にはインゴット１０ａの位置決めのために上面がＶ溝状に形成され、インゴット１０ａの切断予定位置に対応する所定箇所には後述するブレード１８が挿入される切り欠き１４ａが複数箇所設けられる。インゴット１０ａの切断予定位置近傍には、シリンダー１５ａ（図７）により駆動されるインゴット押さえ１５が設けられ、このインゴット押さえ１５はテーブル１３上を受け台１４と共に移動可能に構成される。
【００１２】
門型フレーム１２の上部には、昇降式の切断ユニット１６が組み込まれている。切断ユニット１６には、２つの鉛直軸１７ａ，１７ａをそれぞれ回転中心として所定の間隔をあけて設けられた一対のプーリー１７，１７と、その一対のプーリー１７，１７の間に水平に張設されたエンドレスベルト状のブレード１８が設けられる。図２に示すように、プーリー１７，１７の一方は駆動、他方は非駆動である。ブレード１８は無端のベルトの下縁に切断のためのダイヤ１８ｂを電着してなり、一方のプーリー１７の駆動に伴って高速で周回運動を行い、ブレード１８の直線移動する部分１８ａの両側はブレード固定具２０，２０によ保持される。そして、ブレード１８を高速で周回運動させた状態で切断ユニット１６をプーリー１７，１７とともに下降させることによりそのブレード１８も周回運動した状態で下降し、ブレード１８の直線移動する部分１８ａと直交するように配置された単結晶インゴット１０ａが、ブレード１８の直線移動する部分１８ａにより垂直に切断されるように構成される。
【００１３】
図６に示すように、ブレード固定具２０は、切断ユニット１６に連結具１９により取り付けられる。この各固定具２０は、ブレード１８の直線移動する部分１８ａをまたぐ側面視門型の支持部材２１と、支持部材２１の相互対向面に取り外し可能に取り付けられた一対の対向部材２２，２２とを有する。一対の対向部材２２，２２はその間をブレード１８の直線移動する部分１８ａが通過するように所定の間隔をあけて対向して設けられる。対向部材２２，２２は、側面のニップル２３から内部に水が供給される平盤状のジャケットからなるノズルであり、その平行な相互対向面には複数のノズル孔２２ａ，２２ａが直線移動する部分１８ａの移動方向に間隔をあけて設けられている。
【００１４】
図５に示すように、ブレード１８の直線移動する部分１８ａの両側を保持するブレード固定具２０，２０のそれぞれにおける対向部材２２，２２は、支持部材２１にそれぞれ取付けられる。図４に示すように、対向部材２２，２２の間隔ｄは、相互対向面がブレード１８の直線移動する部分両面に接触しないようにブレード１８の厚さｔより大きい形成され、対向部材２２，２２の各高さＨは、各対向部材２２がブレード直線移動する部分１８ａの幅方向全域に対向するように、ブレード１８の幅Ｗより大きく設定される。また、各固定具２０を切断ユニット１６に取り付けるための連結具１９は、側面視Ｌ型の金具である。そして、その水平部を固定具２０の上面にねじ止めし、垂直部を切断ユニット１６にねじ止めすることにより、固定具２０がフレーム１６に取り付けられる。
【００１５】
また、固定具２０には、ブレード１８の直線移動する部分１８ａの切断箇所である下端が振れて側面方向に湾曲した場合にその湾曲の程度を非接触で検出する第１渦電流センサ２６と、ブレード１８の直線移動する部分１８ａの上端が振れて側面方向に湾曲した場合にその湾曲の程度を非接触で検出する第２渦電流センサ２７とがクランク状の取付けブラケット２８を介してそれぞれ取付けられる。図３に示すように第１渦電流センサ２６と第２渦電流センサ２７の各検出出力はコントローラ２９の入力端子に接続され、コントローラ２９の制御出力は水を対向部材２２，２２に圧送するポンプ３１と、それぞれの対向部材２２，２２に圧送される水の圧力を調整する第１及び第２圧力調整弁３２，３３にそれぞれ接続される。ここで、図３の符号３４は対向部材２２から噴射する水を貯留する水槽であり、符号３６は、その水の噴射を手動で止める手動弁である。
【００１６】
次に本発明における単結晶インゴットの切断方法について説明する。
本発明では、先ずブレード１８の直線移動する部分１８ａの断面形状を鉛直にしてインゴット１０ａを切断してみる。この切断にあっては、切断装置１０における架台１１のテーブル１３を後退させた状態で、その上の受け台１４上にインゴット１０ａを水平に載せ、インゴット押さえ１５，１５により固定する。その後インゴット１０ａの被切断部位が門型フレーム１２内の切断位置に到達するまで、テーブル１３を前進させる。このとき門型フレーム１２内の切断ユニット１６は上限位置に退避させておく。インゴット１０ａの被切断位置が門型フレーム１２内の切断位置に到達すると、テーブル１３を固定し、切断ユニット１６内のブレード１８を高速で周回運動させながら、切断ユニット１６を下降させる。これにより、ブレード１８の直線移動する部分１８ａによりインゴット１０ａが切断される。
【００１７】
ここで、ブレード１８が高速で周回運動する間、両側のブレード固定具２０，２０においては、チューブ２４およびニップル２３を介してノズルを兼ねる対向部材２２，２２に水が供給される。この水は対向部材２２，２２の相互対向面に設けたノズル孔２２ａ，２２ａからブレード１８の直線移動する部分１８ａの両面に向けて噴射される。そして、対向部材２２，２２からの噴射水圧を均等に制御することにより、対向部材２２，２２の相互対向面とブレード１８の直線移動する部分１８ａの両面との間に等圧・等厚の水膜が形成され、対向部材２２，２２からの噴射水圧がブレード直線１８ａの両面に効率よく伝達される。
【００１８】
次に、図１（ａ）に示すように、インゴット１０ａを切断した後のインゴット１０ａの切断面１０ｂの最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ａを検出する。即ち、ブレード１８は電着されたダイヤ１８ｂが切断を繰り返す内にその一部が順次ベルトから剥離して自浄される。従って、ブレード１８が実際に使用されるとその自浄作用によりダイヤ１８ｂの付き方に変化が生じ、ブレード１８の切りやすい方向が変化する。このため、ブレード１８の直線移動する部分１８ａの断面形状を鉛直にしてインゴット１０ａを切断したとしても、その切断面１０ｂは鉛直にならない場合が生じ得る。
【００１９】
切断面１０ｂの最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ａの検出は第１及び第２渦電流センサ２６，２７により行われる。具体的に、インゴット１０ａがその軸線に対して直角である鉛直方向に正確に切断された場合には、インゴット１０ａの切断面１０ｂの最上端と最下端は鉛直線上にあり、最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ａは生じない。このためブレード１８は湾曲しないので切断当初から第１及び第２渦電流センサ２６，２７の検出出力は一定置を保つ。一方、インゴット１０ａの切断面１０ｂが傾斜する場合には、ブレード１８が切断当初直線上であっても、切断終了時に湾曲していることになる。このため第１及び第２渦電流センサ２６，２７の検出出力は切断当初から切断終了に至るまでその値を変化させる。コントローラ２９は切断当初から切断終了に至るまでの検出出力から、インゴット１０ａの切断面１０ｂの最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ａを検出する。なお、この実施の形態では、第１及び第２渦電流センサ２６，２７の複数設置例について説明したが、これに限定されるものではなく、初期切断予定位置を基に第１渦電流センサ２６のみで変位量Ａを検出するようにしてもよい。
【００２０】
インゴット１０ａが比較的鉛直に切断されて切断面１０ｂの最上端と最下端の軸線方向の変位量Ａが所定値未満であるときには、続けてその切断を行う。しかし、インゴット１０ａの切断面１０ｂが傾斜してその最上端と最下端の軸線方向の変位量Ａが所定値を越えた場合には、図１（ｂ）に示すようにブレード１８の直線移動する部分１８ａの傾きを補正する。この補正は、ブレード固定具２０の対向部材２２，２２の各対向面に設けたノズル孔２２ａ、２２ａからブレード１８の直線移動する部分１８ａの両側面に噴射する位置及びその圧力を変化させることにより行う。例えば、図３の破線で示すようにブレード１８の下端を右方向に傾ける場合には、一方の対向部材２２を取り換えてノズル孔２２ａを下方にずらし（図３では左側の対向部材２２を取り換えた場合を示す。）、この下方にずらしたノズル孔２２ａと他方の対向部材２２のノズル孔２２ａの双方からブレード１８の両側面に水を噴射し、その噴射する水の圧力を調整することによりブレード１８の直線移動する部分１８ａの傾きを調整する。この傾きは第１及び第２渦電流センサ２６，２７の検出値の差として現れ、この検出値の差とブレード１８の傾きとの関係がコントローラ２９のメモリ２９ａに記憶され、要求される傾きに応じた差が検出されるようにコントローラ２９は第１及び第２圧力調整弁３２，３３を制御する。
【００２１】
なお、図３の破線では、ブレード１８の下端を右方向に傾ける場合を示したが、図示しないがブレード１８の下端を左方向に傾ける場合には、図３における右側の対向部材２２を取り換えてその右側の対向部材２２のノズル孔２２ａを下方にずらし、この下方にずらしたノズル孔２２ａと左側の対向部材２２のノズル孔２２ａの双方からブレード１８の両側面に水を噴射し、その噴射する水の圧力を調整することによりブレード１８の直線移動する部分１８ａの傾きを調整する。
【００２２】
ここで、ブレード１８の直線移動する部分１８ａの傾きは、図１（ｂ）に示すように、ブレード１８の直線移動する部分１８ａを含む仮想切断面１０ｃがインゴット１０ａの切断面１０ｂと逆方向に傾きかつその仮想切断面１０ｃとインゴット１０ａが交叉する最上端と最下端のインゴット１０ａの軸線方向の変位量Ｂがインゴットの切断面１０ｂの最上端と最下端のインゴット１８の軸線方向の変位量Ａと同一になるようにブレード１８の直線移動する部分１８ａの傾きを補正する。そして、傾きが補正されたブレード１８の直線移動する部分１８ａにより更にインゴット１０ａの切断を行う。すると図１（ｃ）に示すようにインゴット１０ａを鉛直に切断することができる。
【００２３】
即ち、傾きが補正されたブレード１８の直線移動する部分１８ａによりインゴット１０ａの切断を行なうことにより、ブレード１８の切りやすい方向が変化していたとしても、その変化に従ってブレード１８の直線移動する部分１８ａを傾けるので、インゴット１０ａを比較的鉛直に切断することができる。しかも、一対の対向部材２２，２２から噴射される水により、ブレード１８への切断屑の付着が抑制されるので、この点からもインゴットの切断面１０ｂ精度が向上し、ブレード１８と対向部材２２，２２との接触がないことにより両者の使用寿命は長くなる。また、ブレード１８の傾きを補正した後、切断中にブレード１８の側面に吹き付ける水圧を変化させることをしないので、インゴット１０ａの切断面１０ｂが階段状になるようなことはなく、切断面１０ｂの平滑性を確保することができる。更に、ブレード１８の傾きを補正するだけでブレード１８を湾曲させるようなことをしない。このため、ブレード１８の張力が増加するようなことはなく、その張力の増加に起因してブレード１８の寿命が短縮されるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明実施形態の単結晶インゴットの切断手順を示す工程図である。
【図２】そのインゴットがブレードにより切断される状態を示す斜視図である。
【図３】そのブレードの側面に液体を噴射してその直線移動する部分を傾ける構成図である。
【図４】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】そのブレードの直線移動する部分の両側に設けられた固定具の斜視図である。
【図７】その切断装置の正面図である。
【図８】その切断装置の側面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０ａ  単結晶インゴット
１０ｂ  インゴットの切断面
１０ｃ  仮想切断面
１７  プーリー
１７ａ  鉛直軸
１８  ブレード
１８ａ  ブレードの直線移動する部分
２２  対向部材
２２ａ  ノズル孔
Ａ  切断面の最上端と最下端の軸線方向の変位量
Ｂ  仮想切断面とインゴットが交叉する最上端と最下端の軸線方向の変位量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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